Abstract

The aim of this study is to screen the strains of Bacillus spp. possessing safety, probiotic activity, and so on, which can be utilized as probiotic resource for using the feed and supplement food of companion animal. About 300 isolates were isolated from traditional Korean sauces, four isolates that did not have or produce the six kinds of B. cereus type vomiting and diarrhea toxin genes, ${\beta}$-hemolytic, and three kinds of carcinogenic enzymes were selected. Antibiotic gene retention, cell surface hydrophobicity, antibiotic sensitivity, and glucose utilization were analyzed for four isolates, and finally SRCM 100731 was selected. SRCM 100731 was named as Bacillus amyloliquefaciens SRCM 100731 16S rRNA sequencing analysis, and carried out optimization of cell growth for industrial applications such as pet food and feed. The effects of 14 different components on cell growth were investigated and three significant positive factors, molasses, sodium chloride, and potassium chloride were selected as the main factors based on a Plackett-Burman design. In order to find out optimal concentration on each constituent, we carried out central composite design. The predicted optimized concentrations were 7% molasses, 1.1% sodium chloride, 0.5% potassium chloride. Finally, an overall about 7-fold increase in dry cell weight yield ($12.6625{\pm}0.0658g/L$) was achieved using the optimized medium compared with the non-optimized medium ($1.8273{\pm}0.0214g/L$). This research is expected to be highly utilized in the growing pet industry by establishing optimal cultivation conditions for industrial application as well as screening Bacillus amyloliquefaciens SRCM 100731 as probiotic resource for companion animal.

본 연구는 전통 발효식품에서 반려동물의 사료 및 보조식품 등에 사용될 수 있도록 안전성 확보와 프로바이오틱스 활성 등 기능성을 갖춘Bacillus 속 균주를 선발하고자 하였다. 전국에서 수집한 전통 장류에서 약 300종의 분리주를 확보하였고, Bacillus cereus가 생성하는 구토와 설사 독소 유전자 6종, ${\beta}$형 용혈성, 발암 관련 효소 3종 등을 보유하지 않거나 생성하지 않는 4종의 균주를 선별하였다. 4종의 분리주를 대상으로 항생물질 유전자 보유 여부, 세포 표면 소수성, 항생제 감수성과 당 이용성 등을 분석하였고, 최종적으로 항생물질 생성 유전자 3종을 모두 보유하고, 혈전 용해 및 세포 표면 소수성이 가장 우수한 SRCM 100731을 선정하였다. 최종 선별된 SRCM 100731의 16S rRNA 염기서열 분석 결과 Bacillus amyloliquefaciens로 동정 되었으며, 펫 사료 및 식품 등 산업적 적용을 위하여 균체 성장 최적화를 수행하였다. SRCM 100731의 배지 성분 선별을 위하여 Plackett-Burman design (PBD)을 사용하였으며, 최적 성장을 위한 배지 성분으로는 molasses와 sodium chloride, potassium chloride가 예측되었다. PBD를 통해 선정된 배지 성분의 농도를 최적화하기 위하여 central composite design (CCD)을 사용하였으며, 실험 결과 7.0% molasses, 1.1% sodium chloride, 0.5% potassium chloride로 예측되었다. 이때 최대 균체량은 12.6625 g/L로 예측되었으며, 최종적으로 실험 모델의 예측값과 실 측정값이 $12.6625{\pm}0.0658g/L$로 오차 범위내의 결과를 나타내어 실험 모델의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 이는 실험 모델에 의해 예측된 최적 배지 사용 시 최적화 이전 배지에서의 균체량($1.8273{\pm}0.0214g/L$) 대비 약7배로 균체량이 증가함을 확인할 수 있었다. 향후 B. amyloliquefaciens SRCM 100731의 제품 개발 등 후속 연구의 진행이 필요하나 본 연구를 통해 산업 적용이 가능한 프로바이오틱스 소재의 발굴 및 산업화 배양 조건이 확립 되었으므로 앞으로 성장하고 있는 반려동물 산업에 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Keywords

• Bacillus amyloliquefaciens;
• companion animal;
• isolation;
• optimization;
• probiotics